力のつりあい①（力の図示）
１．導入
「中学理科でどの範囲が物理だかわかりますか？」と聞いていきます。（中高一貫校です）
「忘れた！」「そんなことやったか？」などの声を聞きながら，「光もやったねー」「それは波動の範囲です」「オームの法則もやった」「それは電磁気学という範囲です」など
話しながら，高校物理は，「力学」・「波動」・「電磁気学」・「熱力学」の範囲であることを伝えます。
（原子物理はうちの学校ではやっていません）
大学では，大きいところでは宇宙，小さいところは原子のなかと幅広いことを扱います。僕は高校時代に「なんで人間は生きているか？」というところから， 「宇宙を考えると人間はちっぽけなだなー」とか「原子でできている人間が笑ったり泣いたりするってすごいなー」なんて考えて，物理学科に入学しようかと考えました。 （結論はわからないけれども…）そういうことばかりいうと物理は現実離れしていると思うかもしれませんが，携帯電話は物理がなければできていません。 そいうことも扱います。一年間で少しでも興味が持てるように頑張っていきますので，君たちも頑張って授業を受けてください。
具体的な授業の進め方についても説明しました。
２．この章の目標
「力」は物理のなかで特に重要な概念ですので，まずはじめに「力」を学習していきます。では，さっそく問題です。
「次の図のように，滑車に輪っかをつくったロープをかけて自分がのったとすると，この状態で耐えられますか？」
ア．30kg重
イ．60kg重
ウ．120kg重
では，手を挙げてください。結果→ア＝１５人，イ＝２０人，ウ＝１人
正解は「アの30kg重」です。こういう問題をもう少しすっきり数式を解くことで理解することが，この章の目標です。
３．力の働き
では，物体に力を加えるとどんなことが起きますか？力の働きは基本的に次の３つです。
①力の３つの働き
・物体の運動状態を変える。
・物体を回転させる。
・物体を変形させる。
ちなみに，斜面から水平面に転がったボールはどうなりますか？床に摩擦がなく，空気抵抗もないとしたら静止しますか？
そういう状況であれば「ボールは永遠に転がり続けます」。摩擦のない床を転がっている物体には水平方向に力は働いていません。
つまり，動いているからといって力が働いているとは限りません。静止しているものを動かしたり，動いているものを止めたり，
速度が変化するときに「力」は必要です。そういう意味で「物体の運動状態を変える」と少し難しい書き方をしました。
これからはとりあえず「静止している・回転しない・変形しない物体」を当分の間考えていきます。
４．力の記述
そのために，まずは力の記述の仕方を勉強していきましょう。図のように，床に立っている人に働く力をすべて書いてみてください。
まず何本矢印を描きましたか？正解は3本です。では、次の図のように何本も重力を書いた人はいますか？
「同じ力は1本にまとめて書く」ようにしてください。 次のように書いた人はいますか？右足と左足ともに地面から力を受けていますが、これも同様に1本にまとめてください。
次の図のように書いた人はいますか？確かに足は地面を押していますが、それは何に働いている力でしょうか？ 地面に働いている力です。ここでは「人」に働く力を書くのでそれは間違いです。
次の絵を描いた人はいますか？これはいいところに気が付いています。大気圧を書いたのでしょう。
しかし、圧力は力ではありません。そして矢印は力が働いている点から書き始めます。 さらに、これらの力を1本にまとめるとどうなるでしょうか？正解は次の図です。
空気から受ける力をまとめたものは、この図の③になります。ちなみに「浮力」になるのです。
※浮力はいずれ詳しく説明します。また、空気からの浮力は小さいので無視することが多い。
次回はいまの「力を書くときの注意事項」をまとめて，力を書く練習をしていきます。
| ← もどる ありません | このページの トップへ | すすむ → 力のつりあい② |